一种缸内直喷汽油机介绍
缸内直喷技术(新技术) ppt课件
TSI
• 在国外大众的1.4T发动机上以及进口发动机，TSI代 表的是Twincharger Fuel Stratified Injection这几个单 词首字母的缩写，可以理解为双增压+分层燃烧+喷 射。
• 国内生产的1.4T发动机则省掉了机械增压和分层燃烧
，仅保留了涡轮增压和缸内直喷。
• 大众1.8/2.0TSI中的“TSI”则代表着Turbo Fuel Stratified Injection,可以理解为涡轮增压+分层燃烧+ 缸内直喷的意思，不过国内则省掉了分层燃烧。
传统多点燃油喷射
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在对能源和环保要求日趋严格的今天，传统多点燃 油喷射技术已不能满足人们要求，于是更为精确的燃油
喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。
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•
汽油机直喷技术是指发动机采取和柴油机相同的
喷射工作方式，直接向气缸内喷射汽油。因此也有人
认为汽油直喷技术就是将柴油机的形式移植到汽油发
• 稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸内直喷汽 油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分层燃烧两种燃烧模 式。
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在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火 条件的较浓混合气（12~13.4），在燃烧室大 部分区域是较稀混合气，两者之间为了有利于 火焰传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀 逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧。
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2、进气歧管翻板关闭时的均匀燃烧
在发动机转速低于3750 转/分 或发动机负荷低于40% 时， 进气歧管翻板是关闭的。 下部进气道被封闭，于是被吸 入的空气就会通过上部进气道 加速后呈紊流状流入燃烧室， 利于混合气的形成与雾化。
现代缸内直喷式汽油机(九)
（ 三菱滚 流一 一） 壁面蒸发 分层 燃烧 直喷式 汽油机
三菱 汽 车 公 司经 过 １ 年 的 潜 心 研 究 。 发 出了 ０ 开
（） 部 分 负荷 时采 用 在 压 缩 行 程 后 期 的 晚 喷 １在
油 模 式 ． 获 得 稳 定 而 明显 分 层 的 充 量 ． 现 超 稀 以 实
薄 混 合 汽 （ 燃 比３ ～４ ） 层 燃 烧 。 显著 地 降 低 空 Ｏ Ｏ分 可
燃油耗 。 然发动机能够在超 过１ ０ 虽 的空 燃 比下 完 ０ 全 无节 流 地 稳 定 运 行 ， 是 在 这 个 区 域 为 了在 节 气 但 门后 形成 一定 的 真空 度 而 能 引入 大 量 Ｅ 有效 地 降 ＧＲ 低 Ｎ 排 放 ， 动机 仍 略 被 节 流 ， 燃 比被 控 制 在 Ｏｘ 发 空
４ ５ ＧＤＩ 喷式 汽 油 机 。 Ｇ１ 型 直 它是 为顺 应 废 气 排 放 法
规 的加 严． ４ ３ 直 喷 式汽 油 机 基 础 上 改进 了喷 在 Ｇ９ 型
油 和 燃烧 混合 控 制 技 术 ， 发 动 机 的排 气 净化 水平 使 得 到 了进 一 步 提 高 ， 于 １ ９ 年 ２ 并 ９９ 月搭 载 于 ＭＲ ＤＣ 轿车 推 向市 场 。 ２ 控 制策 略 ． 三菱 ４ ３ ＧＤＩ 喷 式 汽 油 机 是 以 批量 生 产 Ｇ９ 型 直 的４ ３ Ｇ９ 型进 气 道 喷 射 汽 油 机 为 基 础 开 发而 成 的。 图 ６ 是 发 动 机 纵 、 剖 面 图 。 ６ 是 其 系 统 示 意 ５ 横 图 ６ 图 。 １ 两种 发动 机 主要 技 术 参 数 的 比较 。 表 是 三 菱 ＧＤＩ 喷 式 汽 油 机 为 了在 部 分 负 荷 时能 获 直 得 比 柴 油 机 更 好 的 燃 油 经 济 性 ， 在 高 负荷 时 又能 而 达 到 比传 统 多 点 进 气 道 喷 射 汽 油 机 更 好 的 动 力 性
缸内直喷简介
因此，在大负荷工况时，一个工作循环中，喷 因此，在大负荷工况时，一个工作循环中， 油器发生两次脉冲信号， 油器发生两次脉冲信号，必须是用瞬时高电压 和大电流“峰值保持型”驱动方式（ 100～ 和大电流“峰值保持型”驱动方式（用100～ 110V和17～20A打开 110V和17～20A打开） 。 打开） 两次喷射”也可在起动工况、 “两次喷射”也可在起动工况、急加速工况出 以调节空燃比A/F的大小 改善使用性能。 的大小， 现，以调节空燃比A/F的大小，改善使用性能。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。
检测方法： 检测方法： 可燃混合气较浓， （1）在小负荷工况时 可燃混合气较浓，输出 ）在小负荷工况时—可燃混合气较浓 电压应为0.66v左右；在中等负荷工况时 可燃混 左右； 电压应为 左右 在中等负荷工况时—可燃混 合气较稀，输出电压应为3.3v左右。 左右。 合气较稀，输出电压应为 左右 （2）连续地快速加减油门踏板，输出电压应连 ）连续地快速加减油门踏板， 续的变化，反应时间应为1.1s为好（与传统数据 为好（ 续的变化，反应时间应为 为好 相近， 相近，10s＞8次）。 ＞ 次 3）宽带氧传感器，也有多组故障代码， （3）宽带氧传感器，也有多组故障代码，如： P1133—A/F传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢 P0171—混合气稀。等等 混合气稀。 混合气稀 等等----
5、高压旋流式喷油器— 高压旋流式喷油器— ECU直接用脉冲电流 由ECU直接用脉冲电流 的宽度， 的宽度，控制喷油量的多 利用特殊的喷孔形状， 少，利用特殊的喷孔形状， 向气缸内喷出旋转的雾状 燃油， 燃油，与挤压涡流快速的 混合，以便点火燃烧。 混合，以便点火燃烧。它 没有进气管沉积油膜的缺 又因喷油压力较高， 点，又因喷油压力较高， 喷油器的自洁功能高， 喷油器的自洁功能高，不 易产生脏堵故障。 易产生脏堵故障。
缸内直喷式的汽油机工作原理
缸内直喷式的汽油机工作原理缸内直喷式的汽油机是一种高效的内燃机，它采用了直喷技术，能够更好地控制燃油的喷射和燃烧过程。
这种发动机结构简单，燃油的利用率高，能够在提供足够动力的同时减少尾气排放。
缸内直喷式汽油发动机的工作原理如下：1.压缩行程：在发动机的第一次行程中，活塞从上死点开始向下移动，压缩燃料和空气混合物。
在这里，燃油被喷入燃烧室的底部，然后与空气充分混合。
引入燃油的方式有两种：均质混合和分层注射。
2.点火和燃烧行程：当活塞接近下死点时，点火塞设备会在燃料喷射完成后自动点燃混合气。
点火塞会产生火花，点燃燃料和空气混合物，从而引发爆炸。
爆炸产生的高温和高压推动活塞向下运动，驱使曲轴旋转。
3.排气行程：在活塞运动向上行驶时，废气通过排气门排出。
通过排气管可以将废气导出汽车。
缸内直喷式发动机的特点是可以更好地控制燃油的喷射和燃烧过程，从而提高燃油的利用率和发动机的效率。
这是通过以下几点实现的：1.精确的燃油喷射：缸内直喷式发动机直接将燃油喷射到燃烧室内，而不是喷射到进气歧管。
这种直接喷射的方式可以更精确地控制燃油的喷射量和喷射时间，从而获得更好的燃烧效果。
2.高效的燃烧过程：由于燃油直接喷射到燃烧室内，混合气的温度和密度更高，形成更好的燃烧条件。
这种高温高压的燃烧过程可以提高燃油的利用率，并减少污染物的排放。
3.灵活的喷射方式：缸内直喷式发动机可以根据需要和条件灵活地调整喷射的方式。
根据引擎工作负荷和转速的不同，喷射可以采用均质混合和分层注射两种方式。
均质混合可以获得良好的燃烧效果，而分层注射可以提高低负荷工况下的燃油经济性。
缸内直喷式汽油发动机相比传统的多点喷射发动机具有更高的燃油利用率和更低的尾气排放。
同时，由于直喷系统更加复杂，需要更高的精确度和控制能力，因此缸内直喷式发动机的研发和制造成本也较高。
尽管如此，由于其高效节能和环保的特点，缸内直喷式发动机已经成为了主流的汽车发动机技术。
缸内直喷技术
2、汽车发动机新技术---缸内直喷式
近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。
汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。
早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。
既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省油的表现。根据云爆弹原理，大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构，通过进气阀的凸轮轴来为油泵提供动力，这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题，也提高了燃油效率；同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性，大众（博世）甚至还设计了一个内部保护回路防止油压过高。可惜的是，大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可靠性，但高压燃油轨(Rail)里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的顺畅性，燃油轨中必须保持一定的压力。这个在平时是没有问题的，问题就出在了碰撞上。当发动机受到巨大的外力撞击时，位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部分。
汽油机缸内直接喷射技术
汽油机缸内直接喷射技术摘要:由于能源枯竭和环境污染情况日益严重,即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了,于是更为精确的燃油喷射技术诞生了,那就是汽油机缸内直接喷射技术。
本文将对汽油机缸内直接喷射技术的类型、结构原理、存在问题等进行简要的论述。
关键词:缸内直喷类型结构原理存在问题近年来,由于能源紧缺和环境污染问题的日益突出,汽车用发动机面临着越来越严峻的考验。
目前为绝大多数汽车所采用的EFI发动机已显出明显不足,主要由于混合气在进气门处形成,汽油雾化不完全、混合气质量欠佳,所以燃烧不充分冷启动排放和燃油经济性较差。
汽油机缸内直接喷射系统则与EFI系统迥然不同,该系统是将汽油直接喷射到气缸里,通过相应的控制手段,可以大大提高发动机的燃油经济性和动力性能,同时大幅度降低排放。
1 汽油机缸内直接喷射技术汽油机缸内直接喷射技术,简称缸内直喷,顾名思义,就是把汽油直接喷射到气缸内。
随着技术的发展,化油器被淘汰后,开始采用汽油喷射技术,按照喷射位置可以分为进气道喷射和缸内直接喷射两种。
进气道喷射可以采用低压的喷射装置,是目前最常用的喷射方式,喷油嘴位于进气歧管的前方,汽油喷入进气歧管与空气混合后再进入气缸。
缸内直接喷射则更为先进,喷油嘴位于气缸内部,将汽油直接喷入气缸,与空气形成混合气,不过它需要较高压力的喷射装置以及其它一些专门的零部件,成本要更高一点。
2 缸内直喷的类型及其特点近年来,缸内直喷的发动机电控技术的研究与开发越来越受到重视,其被认为是内燃机解决能源和环境问题的重要方向之一,国内外许多研究机构和汽车厂商都致力于缸内直喷发动机的研究与开发,并推出了各种装备缸内直喷发动机的汽车。
2.1 FSIFSI是Fuel Stratified Injection的缩写,它代表大众汽车的缸内直喷发动机。
从理论上来说,采用FSI技术的发动机有至少两种燃烧模式:分层燃烧和均质燃烧,从上面3个英文单词来看,分层燃烧应该是FSI 发动机的特点。
第三章缸内直接喷射技术
• (2)压电直喷技术 • 目前的缸内直喷发动机都存在分段控制模式—— 低转速时使用分段多次喷射燃烧,高转速下不使用。
–主要原因是目前的喷油器都是螺旋线圈电磁控制式的, 在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷油器响应速度 并不适合太高转速。
• 因此,奔驰开发了压电触发的喷油器。
–利用活塞在压缩行程的压力,通过压力变形下的微弱电 信号,经过放大电路放大后控制阀门开闭。压电喷油器 百万分之一秒的反应时间,使喷油器基本的多点分层喷 射成为可能,在每次压缩的短时间内,再分为多次喷射, 特别是高转速下,也同样有分段喷射,从而得到更理想 的稀薄燃烧,这对提高发动机燃烧效率是至关重要的。
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• 3.缸内直接喷射技术的问题 • 缸内直接喷射技术存在的一个主要问题是废气后 续处理。在分层充气模式和均质稀薄充气模式中, 传统的闭环三元催化转化器不能快速地将燃烧过 程中产生的氮氧化物转换成氮气。
–开发了氮氧化物存储式催化转化器后,才使得排放废气 符合欧Ⅳ废气排放标准。在该系统中,氮氧化物被暂时 地储存在转换器中,然后系统性地转换成氮气。
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• (1)燃油供给与喷射系统
–CGI发动机上使用的高压压电喷油器,采用几微米宽锥 状环形喷孔, 塑造一个稳定的、非常理想的从浓到稀 的喷雾效果。在喷射时,还可以吸收周边紊乱的空气颗 粒,进入燃油喷射的层与层之间,形成一个理想的点火 前状态。 –CGI发动机还包括高压燃油泵以及后面的燃油导轨以及 其中的燃油压力调节阀,它们为系统提供稳定的燃油。 在燃油导轨中,峰值燃油压力可以达到20MPa,约是普通 电喷汽油发动机的70倍,比一些其他缸内直喷发动机也 高得多,这样做的目的就是为了分层喷射时有理想的喷 雾效果,在高转速下有足够量的汽油供给。而且由于在 喷射瞬间,导轨内的压力不可避免会出现瞬间下降,高 压也会让这种瞬间压力变化减小,喷射也就更加精确无 误。
缸内直喷发动机的工作过程
缸内直喷发动机的工作过程
缸内直喷（Gasoline Direct Injection，简称GDI）发动机是一种现代汽油发动机技术，它将燃油直接喷射到每个气缸的燃烧室内。
下面是缸内直喷发动机的工作过程：
1. 进气冲程：活塞向下运动，气门打开，进气门使得新鲜空气通过进气道进入气缸。
同时，高压燃油泵从燃油箱中提供高压燃油并将其送入喷雾器。
2. 喷油过程：在进气冲程结束时或稍微提前，燃油喷雾器快速喷射精确计量的燃油直接进入气缸的燃烧室。
由于燃油直接喷射，可以更好地控制燃油的分布和喷射的时机，提高燃烧效率。
3. 压缩冲程：进气门关闭，活塞开始向上移动，压缩混合气。
由于燃油是直接喷射进入燃烧室的，相对于传统的多点燃油喷射发动机，GDI发动机具有更高的压缩比，有利于提高功率和燃油经济性。
4. 着火冲程：当活塞接近顶部时，火花塞放电产生火花，点燃燃油和空气混合物。
由于燃油直接喷射到燃烧室，火花塞位于较富燃油的区域，更容易点燃混合物。
5. 排气冲程：活塞向下运动，废气通过排气门进入排气管排出。
通过这个过程，缸内直喷发动机能够更有效地利用燃料，提高燃烧效率和动力输出，并减少废气排放。
此外，由于燃油直接喷射到燃烧室内，缸内直喷发动机还可以实现更精确的燃油控制、改善冷启动性能和降低涡轮增压的喷口积碳问题。
这使得缸内直喷发动机被广泛应用于现代汽车领域。
缸内直喷式的汽油机工作原理
缸内直喷式汽油机工作原理
一、燃油喷射系统
缸内直喷式汽油机的燃油喷射系统与传统的汽油机有所不同。
在缸内直喷式汽油机中，燃油喷射器直接将燃油喷入汽缸内，而不是像传统汽油机那样将燃油喷入进气歧管。
这种设计使得燃油能够在压缩冲程后期与空气混合，为燃烧过程提供了更佳的条件。
二、燃烧过程
缸内直喷式汽油机的燃烧过程更加高效。
由于燃油直接喷入汽缸内，因此能够更好地控制燃油的喷射量和喷射时间，使得燃油能够更好地与空气混合。
这种设计使得缸内直喷式汽油机的燃烧温度更高，从而提高了发动机的功率和扭矩。
三、空气流动
在缸内直喷式汽油机中，空气流动也与传统的汽油机有所不同。
在传统的汽油机中，空气通过进气歧管进入汽缸内，而在缸内直喷式汽油机中，空气通过进气门进入汽缸内。
这种设计使得缸内直喷式汽油机能够在更高的压力下工作，从而提高了发动机的压缩比和效率。
四、控制系统
缸内直喷式汽油机的控制系统也是其工作原理的重要组成部分。
这种控制系统可以精确控制燃油的喷射量和喷射时间，使得发动机能够在各种工况下都能够保持最佳的工作状态。
同时，控制系统还可以根据发动机的工况和驾驶员的需求来调整发动机的功率和扭矩输出，从而提高了驾驶体验和燃油经济性。
总之，缸内直喷式汽油机的工作原理涉及到燃油喷射系统、燃烧过程、空气流动和控制系统等多个方面。
这些方面的协同工作使得缸内直喷式汽油机具有更高的功率和扭矩输出、更佳的燃油经济性和更低的排放等优点。
汽油机缸内直喷GDI
缸内燃油喷射定时和进气运动更易实现混合气分层；
瞬态响应特性改善； 燃油喷射雾化混合气的形成质量改善，进气温度影响
较小，充气效率提高； 可以采用高的压缩比或高的增压比，或同等情况下降 低对燃料辛烷值的要求； 取消节气门，减少泵气损失，发动机的经济性改善 高压缩比时缸内混合气的温度压力提高，改善了点火 和燃烧条件，可降低冷起动时未燃碳氢排放； 便于采用多次喷射、后喷射等冷起动排放控制策略； 通过后燃喷射等提高排气温度及能量，提高增压器的 快速响应性能。
用优化设计的进气道与活塞形 成空气流动，实现混合气在缸 内பைடு நூலகம்层分布，由此可获得在传 统发动机中不可达到的稀空燃 比（如40:1），实现超稀薄混 合气稳定燃烧。
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前两种方式有可能形成壁面油膜，是造成碳氢排放高的主要原 因；后一种方式则与喷雾特性、喷射时刻关系密切，但控制起 来比前两种要难。
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同常规汽油机空燃比为
难以在全部运转范围内实现混合气理想的分层（负荷分
段控制策略）； 喷油器内置气缸内，喷孔容易结垢，影响喷雾特性和喷 油量（研制具有自洁功能的喷嘴）； 低负荷时HC排放高，高负荷时NOx排放高，有碳烟生 成 （采用二次混合、二次燃烧和反应式排气管、废气再 循环EGR等技术）； 部分负荷时，混合气稀于理论空燃比，三效催化器转化 效率下降，需采用选择性催化转化技术（采用稀燃催化 器）； 气缸和燃油系统磨损增加（开发抗磨损能力强、功率消 耗低的供油系统和燃油喷射系统）。
采用NOX催化反应器；
采用两次喷油的控制方法；
辅喷油阶段：在发动机运行进气行
程时，发动机会进行一次喷油，喷 油的数量不大，这部分少量的汽油 会汽化挥发吸收热量的，这样就能 降低汽缸内的温度，气缸内混合气 密度增大。所以这次喷油的后果在 给气缸降温的同时，还可以提高进 气密度，让更多的空气进入到汽缸， 而且能确保汽油跟空气均匀的混 合。 主喷油阶段：第二次喷射是主喷油 过程。当活塞即将达到发动机压缩 行程的上止点时，在火花塞点火之 前，会有一定量的汽油再次被喷出， 这次喷射被成为主喷油。
现代汽油机缸内直喷技术发展现状与未来发展趋势
现代汽油机缸内直喷技术发展现状与未来发展趋势
现代汽油机缸内直喷技术是一种先进的燃油喷射技术，它通过将燃油直接喷入汽缸内部，实现更高效的燃油燃烧和动力输出。
与传统的多点喷射技术相比，缸内直喷技术具有更高的燃油利用率和更低的排放。
目前，缸内直喷技术已经广泛应用于许多汽车制造商的发动机中。
通过缸内直喷技术，汽车发动机的燃油效率可以提高约
10-15％，同时减少约20％的尾气排放。
此外，缸内直喷技术
还可以提高发动机的功率密度和马力输出。
未来，缸内直喷技术有以下几个发展趋势：
1. 发动机的进一步优化：通过采用更高的压缩比和更高的喷油压力，进一步提高缸内直喷技术的燃烧效率和动力性能。
2. 兼容新型燃料：随着可再生能源和新型燃料的发展，缸内直喷技术将逐渐适应更多种类的燃料，如生物燃料、合成燃料和氢燃料。
3. 与电动车技术的结合：缸内直喷技术可以与电动车技术相结合，实现更高效的混合动力系统。
例如，通过将缸内直喷技术与电动机相结合，可以实现更高的燃油经济性和更低的排放。
4. 智能化和自适应控制：未来的缸内直喷系统将更智能化和自适应，通过采用先进的传感器和控制算法，实现更精准的燃油喷射和燃烧控制。
综上所述，缸内直喷技术在现代汽油发动机中的应用已经非常广泛，并且未来还有很大的发展空间。
通过进一步优化和与其他技术的结合，缸内直喷技术将继续为汽车提供更高效、更环保的动力系统。
现代缸内直喷式汽油机(七)
和 Ｎ 吸附 催 化 转化 器 。但 是 ，从 图５ 所 示 出 的这 Ｏ× ３ 两 种 催 化 转 化器 所 能 达 到 的Ｎ 转 化 净 化 率 的 对 比 Ｏｘ 可 以 清 楚地 看 出 ，只 有 最 新 型 的 Ｎ 吸 附 催 化 转 化 Ｏ× 器 才 能达 到 上 述所 要 求 的 Ｎ 转 化 净化 率 水 平 。 Ｏｘ 图５ 示 出了 Ｎ 附 催化 转化 器 的 基本 工 作 原 ４ Ｏ吸 理 。 其 载 体 用 碱 土 金 属 （ 如 钡 、钾 等 ） 为 活 性 吸 例 作
可 忽略 不 计 ，但 是 随 着汽 油 直 接 喷射 的应 用 ，这 一
范 明 强
放 显著 增 加 （ 上 期 图４ ） 见 ６ 。在 分 层 稀 燃运 行 时氧 过 剩 的情 况 下 ，为 Ｈ ｎ Ｃ￣ＣＯ的 氧化 净 化 创 造 了 有 利 的
条件 ，但 正 如 上 所述 ，与 柴 油 机 的排 放 相 似 ，富氧 废 气后 处 理 的最 大 挑 战 在 于 Ｎ 的 还 原ｔ 铑 （ ｈ作 为 活 性 Ｐ） 和 Ｒ）
催 化 剂 。 在 稀 混 合 汽 状 态 下 ，废 气 中 的ＮＯ在 贵 金 属 铂 （ １的催 化 作 用 下 被 氧 化 成 ＮＯ ，这 样 所 有 的 Ｐ） ＮＯ 都 以ＮＯ 的 形式 出现 ，并 与碱 土 金 属 化 合 成 硝 酸 盐 的形 式 被 可 逆 性 地 吸 附 到 Ｎ ｘ 储 材料 上 ，而 Ｏ存 排气 中的Ｈ Ｃ和ＣＯ被 直 接 氧 化 净 化 成 Ｈ２ Ｃ ｔ ０和 ＯＡ ｉ Ｅ 出 。在 存 储 材 料 吸 附 的 Ｎ 达 到 极 限 量 以前 ，应 采 Ｏ× 取 一 定 的 方式 将 吸 附 器 中吸 附 的 Ｎ 还 原 ， 以腾 空 Ｏｘ 吸 附器 中 的吸 附 容积 ，供 下 一 个 吸 附周 期 之 用 。此 时 。电控 系统 会 使 汽 油机 短 暂 地 进 入浓 混 合 汽状 态 运 转 ，使 排 气 中产 生 足 够 的 还 原 ￣ （ Ｃ、ＣＯ和 Ｈ ＪＨ 。 等） ，并 在 贵 金 属 铑 （ ｈ 的 催 化 作 用 下 与 从 硝 酸 盐 Ｒ）
缸内直喷简介
宽带氧传感器也是利用二氧化锆元件制 成，由“泵电池和感应电池”组成，测量室外 侧与大气相通，内侧有小孔和废气相通，给它 加上3～5v的工作电压后，由于电流的流动，使 氧离子也流动，泵电流将废气中的氧气，泵入 测量室中，从而测量出废气中的氧含量。 利用测量室内外侧氧浓度的差异，使感应电池 产生电动势，经控制器放大处理后，输出给电 脑ECU使用（测量室内电压产生的原理与普通 二氧化锆传感器原理相同）。
输出电压为O～5V，与氧浓度成正比，为 线性关系。当A／F＝１４．７时，电压 应为１．５V；当A／F＞１４．７时，电 压应高于１．５V；当A／F＜１４．７时， 电压应低于１．５V。如果电压固定在0V； 1.5V；4.9V不变时，说明氧传感器己损 坏。
五、 GDI系统工况特点： 1、中小负荷工况时的喷油特点： 轿车在市内行驶占有的时间为75%～ 85%，多在中、小负荷工况下工作，应在 压缩行程后期喷油，以经济超稀薄混合气 成分为主，为分层燃烧方式。
7、增装废气涡轮增压系统，充气效率将 进一步提高，空气密度加大，氧含量提高， 燃烧条件进一步改善，动力性、经济性和 净化性将明显提高。
1.4L的排量，可获得2.5L的动力。 FSI系统100%的使用了增压技术。
8、空燃比的反馈控制，必须使用二氧化 钛氧传感器或宽带氧传感器—
（1） 二氧化钛（TiO2）0x的构造和原理： 其钛片为“嗅敏电阻”，随氧含量而突变。输 入端加上5v基准电压，输出端即产生0~5v随动 电压。其体积小、电压变化幅度宽、反馈控制 能力大、抗污染和抗干扰能力强。
缸内直喷技术
缸内直喷技术缸内直喷（GDI），就是直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术。
优点是油耗量低，升功率大，压缩比高达12，与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。
它的劣势是零组件复杂，而且价格通常要贵。
缸内喷注式汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，普通电喷汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而缸内直喷式汽油发动机顾名思义是在汽缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内直喷式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。
喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点。
同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。
因此有人认为缸内直喷式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。
缸内直喷式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。
空燃比达到40:1(一般汽油发动机的空燃比是14.7:1)，也就是人们所说的“稀燃”。
汽车缸内直喷技术Gasoline Direct Injection（GDI）在不同汽车品牌中各自有着不同的学名，比如奔驰CGI/ BlueDIRECT、宝马HPI、奥迪TFSI、大众TSI、通用SIDI、福特EcoBoost、丰田D4、本田Earth Dreams Technology （地球梦）、尼桑DIG、马自达SKYACTIV（创驰蓝天）、现代GDI等在近来各厂采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。
这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含VAG、BMW、Mercedes-Benz、GM以及Toyota(Lexus)车系上。
汽车新技术之汽油机缸内直喷
4·1.燃油供给和喷射系统
图 5 直喷式汽油机供油系统油路
4·1.燃油供给和喷射系统
• 燃油喷射系统中,喷油器的结构 形式对喷雾质量的影响很大 由 于汽油机的喷射压力远低于柴 油机,如采用多孔喷油器,其喷嘴 容易在工作中积碳堵塞,雾化分 层不好,燃烧时火焰传播不稳定, 因此GDI发动机上1般不采用多 孔喷油器 目前在GDI发动机上 得到广泛应用的是内开式旋流 喷油器,只有1个喷孔,工作油压 为5.0—10MPa,其内部设有燃 油旋流腔,它可以通过涡流比的 选择而实现较好的喷雾形态和 合适的贯穿度的配合,且喷束方 向便于调整,方便了在气缸内的 布置 图6为旋流式喷嘴结构简 图
3·1.分层燃烧缸内直喷
• 丰田D14发动机采用壁面阻挡型稀薄燃烧系 统 图1 当活塞运动到1定位置时,喷油器喷 出的油束到达与活塞顶部凹坑基本垂直的 壁面上,与壁面碰撞并飞溅 进气气流经过电 控涡流阀 E—SCV ,形成斜向进气涡流 空气 涡流运动使已蒸发的汽油蒸气和飞溅的油 滴沿壁面横向运动,促进缸内混合气的形成
1.缸内直喷技术概述
• 这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已 经大量使用在包含大众 含奥迪 、宝马、梅 赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上
• 各厂商缸内直喷技术英文缩写：大众：TSI、 奥迪：TFSI、梅赛德斯-奔驰：CGI、宝马： GDI、通用：SIDI、福特：GDI、比亚迪： TI
2.缸内直喷技术的工作原理
图6.旋流式喷嘴结构简图
4.2喷射模式
• GDI发动机燃油喷射模式可以分为单阶段喷 射模式和多阶段喷射模式
• 单阶段喷射模式是指在中小负荷时,燃油在 压缩行程后期喷入,实现混合气分层稀燃并 采用质调节以避免节流阀的节流损失,从而 使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性； 在大负荷和全负荷时,燃油在进气行程中喷 人气缸,实现均质预燃和燃烧,以保持汽油机 升功率高的特点
现代缸内直喷式汽油机(十)
运 转 最 重要 的关 键技 术 之 一 。 为 此 ，ＧＤＩ 喷式 汽 油 机 采 用 了与 节 直 气 门并 联 的 电控 空气 旁通 阀 和怠 速 控制 阀
行 时 ，燃油 在 进 气行 程 期 间 喷入 汽缸 ，环
１０ ０Ａ
扑
２ ０
０
境 压 力 近似 等 于 或略 低 于 大气 压 ，而 以晚 喷油 模 式运 行 时 ，燃 油 在压 缩 行 程后 期 喷 入 已被 压 缩到 Ｏ３～１ ａ 力的 空气 中 ． ． 压 ＭＰ 作 用在 油 滴上 的 阻 力随 着 周 围空 气 密度 的
动 ， 它们 促使 周 围 空气 和 Ｅ 废 气掺 入 到 油束 中 去 ＧＲ
下 能获 得 满足 上述 要 求 的喷 射 油 束 。选 择 了 一种 旋 流 式 喷 油器 （ ４ ．它 通 过 位 于 喷孔 上 游 的 旋流 孔 图７ ） 板 为油 束 提供 旋 转 动量 。 对 图 ７ ５所 示 的 ３ 种旋 流 子 Ｌ
板 进 行 的试 验 证 实 ． 当旋 流强 度（ 燃 油 的 动 量 。 即 与 燃 油 在旋 流 孔 中 的 流 速 和 旋 流 半 径 的 乘 积 成 正 比） 整 到相 同时 ，这 ３ 旋 流 孑 板 可得 到 相 似 的 燃 调 种 Ｌ 油 喷 束特 性 。 根据 生产 的可 行 性 ，选择 了切 向旋 流 孔板。
，６ 、 ４％
，
组 合 使 用 的 方法 来 实现 高 精 度 、大 流量 和
旋流 式 喷 油器 产 生 的喷 射 油 束大 体 上是 空心 圆
锥 体 油 束 ．其 外表 面 形 成 了极 佳 的 雾化 ，油 滴直 径
小于１“ ５ ｍ。被 反 向滚 流携 带 向火花 塞 周 围 ，而大 于 ３ ｎ 的大 油 滴 存 在 于 油 束 的 中心 ，在 油 束 撞 击 活 ０ｍ 塞顶 凹 坑壁 面 时 聚 集在 凹 坑 中 ，并 没 有 向火 花塞 扩 散 ，而 是 在活 塞 顶高 温 壁 面 上 在短 时 间 内被 蒸 发 后 再随 反向滚 流 向火花 塞附近 运动 （ 见第 １ 期图６ ） 参 Ｏ ７。
汽油机缸内直喷技术
汽油机缸内直喷技术通过实现更均匀的混合气分布，优化了燃烧过程。这有助 于提高燃烧效率，降低燃油消耗和减少污染物排放。
性能优化
通过精确控制燃油喷射的时间和量，汽油机缸内直喷技术可以实现更高的性能 输出。例如，通过优化燃油喷射的时间和量，可以提高发动机的扭矩和功率。
排放控制与净化
排放控制
汽油机缸内直喷技术通过精确控制燃油喷射和混合气形成，减少了污染物排放。 这有助于满足日益严格的排放法规要求。
02
汽油机缸内直喷工作 原理
燃油喷射与混合气形成
燃油喷射
汽油机缸内直喷技术将燃料直接喷入气缸内部，形成混合气 。喷油嘴将燃料喷成雾状，使其与空气混合，实现更均匀的 混合气分布。
混合气形成
在燃烧室内，雾状燃料与空气迅速混合，形成均匀的混合气 。混合气的形成对于实现高效燃烧和优化排放至关重要。
燃烧过程与性能优化
汽油机缸内直喷技 术
2023-11-08
目 录
• 汽油机缸内直喷技术概述 • 汽油机缸内直喷工作原理 • 汽油机缸内直喷技术应用 • 汽油机缸内直喷技术的挑战与解决方案 • 汽油机缸内直喷技术对汽车产业的影响 • 汽油机缸内直喷技术未来发展趋势与展望
01
汽油机缸内直喷技术 概述
定义与特点
01
02
03
术可以提供更大的动力输出，提高汽车的性能。
缸内直喷的优点与局限
• 降低噪音和振动：如前所述，缸内直喷技术可以降低发动 机的噪音和振动，提高驾驶舒适性。
缸内直喷的优点与局限
局限
技术成本高：缸内直喷技术需要更高的制造精度和更复杂的控制系统，因此制造成 本相对较高。
油品质量要求高：缸内直喷技术对于油品质量的要求也较高，如果使用不良的油品 会导致发动机性能下降和损坏。
缸内直喷技术
GDI发动机的喷油压力一般在 10-15MPa左右,以保证燃油雾化质量及合适的贯穿距离。高压油泵一般由安装 在进气凸轮轴上的 4山凸轮驱动,升程在 2.5-4mm之间,升程对高压油泵的选择十分重要,直接影响着冷起动时直 喷系统的建压时间,升程需根据发动机性能需求、滚轮挺柱寿命、驱动凸轮型线及制造工艺等因素综合设计,一般 3.5mm左右的升程即可满足使用需求。
直喷发动机燃油和空气混合主要有三种方式,即喷射引导、壁面引导和气流引导,具体见图中a、b、c所示。 发动机的喷油器设计在缸盖顶部,火花塞设计在发动机的侧面,此种方式称为喷射式引导,在火花塞周围易形成较 浓的混合气,这种布置方式比较适合于分层稀薄燃烧,具有较好的燃油经济性。壁面引导方式是喷油器侧置,火花 塞顶置,通过活塞顶部的特殊形状引导油束运动并与空气混合,此种方式可以在火花塞周围形成较大面积的可燃区 域。气流引导方式同样采用喷油器侧置、火花塞顶置的形式,利用进气时形成的滚流强化油气混合。壁面引导方式 和气流引导方式结构形式相似,多用于均质燃烧模式,可以由传统的 PFI发动机转化而来,可以实现与 PFI发动机 共用燃烧室及缸盖毛坯,是直喷系统的核心部件,喷油器在燃烧室内的布置方式、喷嘴结构形式、油束的喷雾形状都直接影响燃 油的雾化、油气混合及燃烧过程,最后影响发动机的性能。另外喷油器喷嘴置于燃烧室内,受燃油品质量影响较大。 如果燃油的油品质不好,燃烧不充分,极易生成积碳并堵塞喷嘴,影响喷雾质量及喷油器自身的寿命。
缸内直喷发动机的活塞顶面形状对燃烧室内气流的运动及混合气的形成有很大的影响,因此缸内直喷发动机都 将活塞作为关键部件进行重点的设计和开发。无论是壁面引导、气流引导还是喷射引导,都需要特殊的活塞顶面凹 坑相适应,从而达到较为理想的油气混合效果,形成油气浓度的均质分布或梯度分布,保证燃烧的顺利进行。
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对于中国消费者来说，拥有先进技术的发动机同时也成为了“娇气”的代名词。
不但需要精心呵护，而且还对国内的燃油品质极其挑剔。
然而对于凯迪拉克新CTS上装备的SIDI双模直喷汽油机来说，这些问题都得到了很好的解决。
这款不挑食的发动机，成了通用重振雄风的高技术武器。
双模式直喷+极强油品适应性=SIDI直喷引擎
缸内直喷技术被誉为汽油发动机的“基因突变”。
相比原先喷入进气歧管的方式，新的缸内直喷技术以数百Bar的压力把燃油直接喷到汽缸燃烧室内，燃烧更加精准，控制更加严密。
一方面大大提升了发动机的动力性能，另一方面更是具备优秀的燃油经济性和更低的尾气排放。
缸内直喷技术发展到今天已历经三代。
第一代称为壁面引导（Wall-guided）直喷型，利用缸内空气流动使油气混合物成层，实现了分层燃烧；第二代称为按化学计量混合直喷型，以理论空燃比混合燃料和空气，实现均质燃烧；而通用的SIDI技术则属于第三代直喷技术，通过两种智能控制模式，可同时实现分层燃烧和均质燃烧，使发动机在各种工况下都具有非常优秀的动力和排放性能。
【在入门级的CTS上就装备了SIDI直喷引擎，可见凯迪拉克信心十足】
这台60°夹角的3.6升V6发动机采用全铝合金设计，大大降低了发动机自重。
SIDI 直喷技术的核心是分层燃烧技术，它能够大大降低发动机在城市道路走走停停情况下的燃油消耗和尾气排放，非常适合于经常在城市中行驶。
虽然目前国内市场上也有一些装备缸内直喷技术的发动机，但是由于担心国内燃油品质，它们基本上都取消了分层燃烧技术，只能算作是“阉割”版的缸内直喷技术。
相比之下，通用的SIDI缸内直喷汽油机在进口前进行了长时间的环境与油品测试，在中国大连、北京、海南、西安等代表性地区连续进行了长达一年半的测试调校，最后使得SIDI发动机不但完好地保留了分层燃烧技术，甚至还能正常使用国内的93号汽油。
这些严格测试证明，SIDI发动机完全能够适应中国市场的需要，这也是中国市场第一款完全意义上的缸内直喷发动机。
DVVT技术使SIDI发动机如虎添翼
发动机双可变气门正时技术DVVT（Double Variable Valve TiMing）是近年来被广泛应用的新技术中的一种。
DVVT中的D指的是进气和排气两个系统。
在急加速时，控制进气的VVT会提前进气时间，以此扩大进气量；与此同时控制排气的VVT会推迟排气时间，充分发挥燃烧的能量，进而提升发动机动力。
同时，由于进气量的加大，也使得汽油的燃烧更加完全，实现了低排放的目的。
在双可变气门正时DVVT的配合下，新的3.6 SIDI发动机达到了229kw/6300rpm的功率输出，以及374nm/5200rpm的扭矩表现。
这些技术的交织融合，使得搭载3.6 SIDI发动机的全新CTS 0-100 km/h 加速仅需6.3 秒，极速达到241km/h。
与此同时，油耗降低了3%；冷启动时碳氢化合物的排放减少更高达25%。
如此优秀的表现，难怪这台发动机以高票当选了2008年度十佳发动机之一。
总结2009年对于通用来说无疑是生死攸关的一年，而SIDI发动机的瓜熟蒂落对通用来说无疑是个大大的利好。
这台性能表现优异，燃油经济性优良的直喷汽油机注定将成为通用划时代的产品，它也正好是上海通用“绿动未来”战略的最佳注解。